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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Bremssattel. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Eine Stütze (von englisch und französisch support, von spätlateinisch supporto – ich unterstütze) ist eine Einheit zur Befestigung und manuellen oder automatischen Bewegung eines Werkzeugs, beispielsweise in Werkzeugmaschinen. Der Träger besteht normalerweise aus einem Werkzeughalter und Zwischenteilen wie Schlitten, die eine bestimmte Bewegungsrichtung des Werkzeugs vorgeben.
Eine der wichtigsten Errungenschaften des Maschinenbaus zu Beginn des XNUMX. Jahrhunderts war die Verbreitung von Werkzeugmaschinen mit Messschiebern – mechanischen Haltern für die Schneide. So einfach und auf den ersten Blick unbedeutend dieses Anhängsel der Maschine erscheinen mag, so kann man ohne Übertreibung sagen, dass sein Einfluss auf die Verbesserung und Verbreitung der Maschinen ebenso groß war wie der Einfluss der von Watt vorgenommenen Änderungen an der Dampfmaschine. Die Einführung des Bremssattels führte sofort zur Verbesserung und Reduzierung der Kosten aller Maschinen und gab Impulse für neue Verbesserungen und Erfindungen. Die Drehmaschine hat eine sehr alte Geschichte, und im Laufe der Jahre hat sich ihr Design nur sehr wenig verändert. Vielleicht wurde das Prinzip seiner Vorrichtung den Menschen durch eine Töpferscheibe nahegelegt. Indem er ein Stück Holz in Rotation versetzte, konnte der Meister ihm mit Hilfe eines Meißels die bizarrste zylindrische Form geben. Dazu drückte er den Meißel gegen ein schnell rotierendes Holzstück, trennte kreisförmige Späne davon ab und gab dem Werkstück nach und nach die gewünschte Form. Die Maschinen konnten sich in den Details ihrer Vorrichtung durchaus erheblich voneinander unterscheiden, doch bis zum Ende des XNUMX. Jahrhunderts hatten sie alle ein grundlegendes Merkmal: Während der Bearbeitung drehte sich das Werkstück, und die Schneide lag in der Hand des Meisters . Ausnahmen von dieser Regel waren sehr selten und können keineswegs als typisch für diese Epoche angesehen werden. Beispielsweise sind Schneidehalter in Kopiermaschinen weit verbreitet. Mit Hilfe solcher Maschinen konnte ein Arbeiter ohne besondere Fähigkeiten komplizierte Produkte mit sehr komplexer Form herstellen. Dafür wurde ein Bronzemodell verwendet, das wie ein Produkt aussah, aber größer war (normalerweise 2:1).
Das gewünschte Bild wurde auf dem Werkstück wie folgt erhalten. Die Maschine war mit zwei Bremssätteln ausgestattet, die es ermöglichten, Produkte ohne die Beteiligung der Hand des Arbeiters zu drehen: In einem war ein Kopierfinger und in dem anderen ein Schneider befestigt. Der fixierte Kopierfinger sah aus wie ein Stab, an dessen spitzem Ende eine kleine Rolle angebracht war. Das Modell wurde durch eine spezielle Feder ständig gegen die Rolle des Kopierfingers gedrückt. Während des Betriebs der Maschine begann sie sich zu drehen und führte gemäß den Vorsprüngen und Vertiefungen auf ihrer Oberfläche oszillierende Bewegungen aus. Diese Bewegungen des Modells wurden über ein Getriebesystem auf ein rotierendes Werkstück übertragen, das sie wiederholte. Das Werkstück war in Kontakt mit der Schneide, ebenso wie das Modell in Kontakt mit dem Kopierfinger war. Je nach Relief des Modells näherte sich das Werkstück dem Fräser oder bewegte sich von ihm weg. Gleichzeitig änderte sich auch die Dicke der Chips. Nach vielen Durchgängen des Fräsers über die Oberfläche des Werkstücks erschien ein ähnliches Relief wie auf dem Modell, jedoch in kleinerem Maßstab. Die Kopiermaschine war ein sehr komplexes und teures Werkzeug. Nur sehr wohlhabende Leute konnten es kaufen. In der ersten Hälfte des 1712. Jahrhunderts, als die Mode für gedrechselte Holz- und Knochenprodukte aufkam, beschäftigten sich viele europäische Monarchen und Adelige mit Drechslerarbeiten. Für sie waren größtenteils Kopiergeräte bestimmt. Zum Beispiel wurde eine solche Maschine (hergestellt, wie man annehmen könnte, von dem bemerkenswerten russischen Mechaniker Nartov) XNUMX in der Werkstatt des russischen Zaren Peter des Großen installiert.
Messschieber wurden auf einigen Maschinen in der Uhrmacherei verwendet, weil sie das Drehen von hochpräzisen Teilen von Uhrwerken erleichterten. Am Ende des Jahrhunderts wurden sie auf Drehmaschinen installiert. Im 10. Band von Diderots Enzyklopädie wurde erstmals ein Bild des einfachsten Querträgers einer großen Drehbank platziert. Dieser Bremssattel konnte sich um eine Achse drehen und sich mit einer Schraube dem Werkstück nähern, aber er konnte sich nicht daran entlang bewegen. Aber diese Geräte waren beim Drehen nicht weit verbreitet. Eine einfache Drehbank befriedigte bis in die zweite Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts alle menschlichen Bedürfnisse. Seit Mitte des Jahrhunderts ist es jedoch zunehmend notwendig geworden, massive Eisenteile mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten. Wellen, Schrauben verschiedener Größe, Zahnräder waren die ersten Teile von Maschinen, deren maschinelle Herstellung sofort nach ihrem Erscheinen in Frage gestellt wurde, da sie in großen Mengen benötigt wurden. Ein besonders akuter Bedarf an hochpräziser Bearbeitung von Metallrohlingen begann sich nach der Einführung der großen Erfindung von Watt zu bemerkbar zu machen. Wie bereits erwähnt, erwies sich die Herstellung von Teilen für Dampfmaschinen für das Niveau der Maschinenindustrie des XNUMX. Jahrhunderts als eine sehr schwierige technische Aufgabe. Normalerweise wurde der Schneider an einem langen hakenförmigen Stab befestigt. Der Arbeiter hielt es in seinen Händen und lehnte wie einen Hebel an einem speziellen Ständer. Diese Arbeit erforderte große professionelle Fähigkeiten und große körperliche Kraft. Jeder Fehler führte zu einer Beschädigung des gesamten Werkstücks oder zu einem zu großen Bearbeitungsfehler.
Im Jahr 1765 musste Watt auf einen formbaren Zylinder zurückgreifen, da es unmöglich war, einen Zylinder mit einer Länge von zwei Fuß und einem Durchmesser von sechs Zoll mit ausreichender Genauigkeit zu reiben. Die Bohrung eines Zylinders mit einer Länge von neun Fuß und einem Durchmesser von 28 Zoll war genau auf „die Dicke eines kleinen Fingers“. Unnötig zu erwähnen, dass eine solche "Genauigkeit" bei der Herstellung einer Dampfmaschine völlig unzureichend war. Die Situation konnte nur auf eine Weise korrigiert werden: Es war notwendig, Maschinen für die Produktion von Maschinen zu schaffen. Die Maschinen sollten die knappen hochqualifizierten Arbeitskräfte ersetzen und die Massenproduktion billiger und zuverlässiger Maschinen sicherstellen. Seit Anfang des XNUMX. Jahrhunderts begann eine allmähliche Revolution im Maschinenbau. An die Stelle der alten Drehbank treten nach und nach neue hochpräzise Automaten mit Messschieber. Den Anfang dieser Revolution legte die Schraubendrehmaschine des englischen Mechanikers Henry Maudsley, die es ermöglichte, Schrauben und Bolzen mit beliebigem Gewinde automatisch zu drehen.
Im Allgemeinen ist das Schneiden von Schrauben lange Zeit eine schwierige technische Aufgabe geblieben, da es hohe Präzision und Geschicklichkeit erforderte. Mechaniker haben lange darüber nachgedacht, wie sie diesen Vorgang vereinfachen können. Bereits 1701 wurde in der Arbeit von C. Plume eine Methode zum Schneiden von Schrauben mit einem primitiven Bremssattel beschrieben. Dazu wurde ein Stück Schraube als Schaft an das Werkstück gelötet. Die Steigung der gelöteten Schraube musste gleich der Steigung der am Werkstück zu schneidenden Schraube sein. Dann wurde das Werkstück in den einfachsten abnehmbaren Holzspindelstock eingebaut; Der Spindelstock stützte den Körper des Werkstücks, und eine gelötete Schraube wurde in die Rückseite eingesetzt. Beim Drehen der Schraube wurde das Holznest des Reitstocks in Form einer Schraube zerdrückt und diente als Mutter, wodurch sich das gesamte Werkstück in Richtung Spindelstock bewegte. Der Vorschub hingegen war so, dass der feststehende Fräser die Schraube mit der erforderlichen Steigung schneiden konnte. Eine ähnliche Art von Gerät befand sich auf der Schraubendrehmaschine von 1785, die der unmittelbare Vorgänger der Maudsley-Maschine war. Dabei wurde das Gewinde, das als Vorbild für die herzustellende Schraube diente, direkt auf die Spindel aufgebracht, die das Werkstück hielt und in Rotation versetzte. (Die Spindel wird die rotierende Welle einer Drehmaschine mit einer Vorrichtung zum Spannen des Werkstücks genannt.) Dadurch wurde es möglich, die Schrauben maschinell zu schneiden: Der Arbeiter drehte das Werkstück, das aufgrund des Gewindes der Spindel genau wie in die Plume-Vorrichtung, begann sich relativ zum feststehenden Meißel, den der Arbeiter an einem Stock hielt, fortschreitend zu bewegen. So wurde am Produkt ein Gewinde erhalten, das genau dem Gewinde der Spindel entsprach. Allerdings hing hier die Genauigkeit und Geradheit der Bearbeitung allein von der Kraft und Härte der Hand des Werkers ab, der das Werkzeug führte. Dies war eine große Unannehmlichkeit. Außerdem betrug das Gewinde an der Spindel nur 8-10 mm, wodurch nur sehr kurze Schrauben geschnitten werden konnten. Die von Maudsley entworfene Schraubenschneidemaschine war ein bedeutender Fortschritt. So wird die Geschichte seiner Erfindung von Zeitgenossen beschrieben. 1794-1795 arbeitete Maudsley, ein noch junger, aber bereits sehr erfahrener Mechaniker, in der Werkstatt des berühmten Erfinders Brama. Die Hauptprodukte der Werkstatt waren von Brahma erfundene Wasserklosetts und Schlösser. Die Nachfrage nach ihnen war sehr groß und es war schwierig, sie manuell herzustellen. Brahma und Maudsley standen vor der Aufgabe, die Zahl der auf Werkzeugmaschinen produzierten Teile zu erhöhen. Allerdings war die alte Drehbank dafür unpraktisch. Maudsley begann 1794 mit der Arbeit an seiner Verbesserung und versorgte ihn mit einem Kreuzmessschieber. Der untere Teil des Bremssattels (Schlitten) war auf demselben Rahmen wie der Reitstock der Maschine montiert und konnte entlang seiner Führung gleiten. An jeder seiner Stellen konnte der Bremssattel mit einer Schraube fest fixiert werden. Auf der unteren Rutsche befanden sich die oberen, ähnlich angeordnet. Mit ihrer Hilfe konnte sich der mit einer Schraube in einem Schlitz am Ende einer Stahlstange befestigte Fräser in Querrichtung bewegen. Die Bewegung des Bremssattels in Längs- und Querrichtung erfolgte mit Hilfe von zwei Leitspindeln. Indem der Fräser mit Hilfe eines Messschiebers nahe an das Werkstück herangefahren, starr auf einen Kreuzschlitten aufgesetzt und dann entlang der zu bearbeitenden Oberfläche bewegt wurde, war es möglich, überschüssiges Metall mit großer Genauigkeit abzuschneiden. In diesem Fall diente der Bremssattel als Hand des Arbeiters, die das Schneidwerkzeug hielt. In der beschriebenen Konstruktion gab es zwar noch nichts Neues, aber es war ein notwendiger Schritt zu weiteren Verbesserungen. Maudsley verließ Brahma kurz nach seiner Erfindung, gründete seine eigene Werkstatt und schuf 1798 eine fortschrittlichere Drehbank. Diese Maschine wurde zu einem wichtigen Meilenstein in der Entwicklung der Werkzeugmaschinenindustrie, da sie erstmals das automatische Schneiden von Schrauben beliebiger Länge und Steigung ermöglichte. Wie bereits erwähnt, war der Schwachpunkt der alten Drehmaschine, dass sie nur kurze Schrauben schneiden konnte. Es konnte nicht anders sein - schließlich gab es keine Unterstützung, die Hand des Arbeiters musste bewegungslos bleiben und das Werkstück selbst bewegte sich mit der Spindel. In der Maudsley-Maschine blieb das Werkstück bewegungslos, und der Bremssattel mit dem darin befestigten Messer bewegte sich. Damit sich der Bremssattel auf dem unteren Schlitten entlang der Maschine bewegt, verband Maudsley die Spindel des Spindelstocks mit zwei Zahnrädern mit der Leitspindel des Bremssattels. Eine rotierende Schraube wurde in eine Mutter geschraubt, die den Bremssattelschlitten mit sich zog und ihn entlang des Betts gleiten ließ. Da sich die Leitspindel mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Spindel drehte, wurde das Werkstück mit der gleichen Steigung wie diese Schraube eingefädelt. Zum Schneiden von Schrauben mit unterschiedlichen Steigungen verfügte die Maschine über einen Vorrat an Leitspindeln. Das automatische Schneiden der Schraube auf der Maschine war wie folgt. Das Werkstück wurde eingespannt und auf das gewünschte Maß gedreht, ohne den mechanischen Vorschub des Messschiebers. Danach wurde die Leitspindel mit der Spindel verbunden und in mehreren Fräsdurchgängen spiralförmig geschnitten. Die Rückführung des Bremssattels erfolgte jeweils manuell nach dem Abschalten des Selbstfahrvorschubs. Somit ersetzten die Leitspindel und der Bremssattel vollständig die Hand des Arbeiters. Außerdem ermöglichten sie es, Gewinde viel genauer und schneller zu schneiden als auf früheren Maschinen. Im Jahr 1800 führte Maudsley eine bemerkenswerte Verbesserung an seiner Maschine durch – anstelle eines Satzes auswechselbarer Leitspindeln verwendete er einen Satz auswechselbarer Zahnräder, die die Spindel und die Leitspindel verbanden (es gab 28 davon mit einer Anzahl von Zähnen von 15 bis 50). Nun war es möglich, mit einer einzigen Leitspindel verschiedene Gewinde mit unterschiedlichen Steigungen zu realisieren. Wenn es beispielsweise erforderlich war, eine Schraube zu erhalten, deren Hub n-mal kleiner ist als der der Leitspindel, musste das Werkstück mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht werden, dass es n Umdrehungen machte, während die Leitspindel nur drehte eine Revolution. Da die Leitspindel ihre Drehung von der Spindel erhielt, wurde dies leicht durch Einfügen eines oder mehrerer Zahnräder zwischen Spindel und Schnecke erreicht. Da die Anzahl der Zähne an jedem Rad bekannt war, war es nicht schwierig, die erforderliche Geschwindigkeit zu erreichen. Durch Veränderung der Radkombination konnten unterschiedliche Effekte erzielt werden, z. B. statt des linken Fadens den rechten Faden abschneiden.
Auf seiner Maschine schnitzte Maudsley Fäden mit einer so erstaunlichen Präzision und Genauigkeit, dass es seinen Zeitgenossen fast wie ein Wunder vorkam. Insbesondere fräste er Stellschraube und Mutter für ein astronomisches Instrument, das lange Zeit als unübertroffenes Meisterwerk der Präzision galt. Die Schraube war fünf Fuß lang und zwei Zoll im Durchmesser mit 50 Umdrehungen pro Zoll. Die Schnitzerei war so fein, dass sie mit bloßem Auge nicht zu sehen war. Bald fand die verbesserte Maudsley-Maschine weite Verbreitung und diente als Vorbild für viele andere Metallzerspanungsmaschinen. 1817 entstand ein Hobel mit Messschieber, der es ermöglichte, ebene Flächen schnell zu bearbeiten. 1818 erfand Whitney die Fräsmaschine. 1839 erschien ein Karussell usw. Die herausragende Leistung von Maudsley brachte ihm lauten und wohlverdienten Ruhm. Obwohl Maudsley nicht als der einzige Erfinder des Messschiebers angesehen werden kann, bestand sein unbestrittenes Verdienst darin, dass er seine Idee zum richtigen Zeitpunkt hatte und sie in die perfekte Form brachte. Sein anderer Verdienst war, dass er die Idee eines Bremssattels in die Massenproduktion einführte und damit zu seiner endgültigen Verbreitung beitrug. Er stellte als Erster fest, dass jede Schraube mit einem bestimmten Durchmesser ein Gewinde mit einer bestimmten Steigung haben muss. Bis Schraubengewinde von Hand aufgebracht wurden, hatte jede Schraube ihre eigenen Eigenschaften. Für jede Schraube wurde eine eigene Mutter hergestellt, die normalerweise für keine andere Schraube geeignet ist. Die Einführung des mechanisierten Schneidens gewährleistete die Gleichmäßigkeit aller Fäden. Jetzt passen alle Schrauben und Muttern gleichen Durchmessers zusammen, egal wo sie hergestellt wurden. Dies war der Beginn der für den Maschinenbau überaus wichtigen Normung von Teilen.
Einer von Maudsleys Schülern, James Nesmith, der später selbst ein herausragender Erfinder wurde, schrieb in seinen Memoiren über Maudsley als Pionier der Standardisierung: Im Maschinenbau gab es kein System für das Verhältnis der Umdrehungszahl von Schneidschrauben und deren Durchmesser. Jede Schraube und Mutter war nur füreinander geeignet und hatte nichts mit einer Schraube benachbarter Größen zu tun. Daher erhielten alle Schrauben und ihre entsprechenden Muttern spezielle Markierungen, die darauf hinweisen, dass sie zueinander gehörten. Jede Verwechslung von ihnen führte zu endlosen Schwierigkeiten und Kosten, Ineffizienz und Verwirrung - ein Teil des Maschinenparks musste ständig für Reparaturen verwendet werden. Nur jemand, der in den relativ frühen Tagen der Maschinenproduktion lebte, kann sich die Schwierigkeiten, Hindernisse richtig vorstellen und kostet das verursachte eine ähnliche Situation, und nur er wird die großen Verdienste von Maudsley um den Maschinenbau richtig einschätzen. Autor: Ryzhov K.V.
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